[發明專利]一種錐面墊圈有限元分析方法

有效

• 申請號: 201910268438.0
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN110059381B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 苗志敏;于靜;陳棟梁
• 申請（專利權）人: 西安飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06T17/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明涉及一種錐面墊圈有限元分析方法，屬于飛機強度設計領域。通過對錐面墊圈在凹面擠壓和平面支持情況下的受力及變形分析，合理簡化了有限元模型，巧妙設置了約束條件，使之既滿足了有限元分析時限制剛體運動的要求，也符合了錐面墊圈在凹面擠壓和平面支持情況下沿徑向膨脹的實際變形趨勢，方法簡單，計算時間短，精度高，可大量運用于回轉體結構在均布壓載下的應力分析。

技術領域

本發明屬于飛機強度設計領域，具體涉及一種錐面墊圈有限元分析方法。

背景技術

墊圈是指墊在被連接件和螺母之間的零件，用來保護被連接件表面不受螺母擦傷，分散螺母對被連接件的壓力，可分為平墊圈、球面墊圈、錐面墊圈等。錐面墊圈與球面墊圈配合使用時具有止退作用，緊固時不易松動，可使用于重要受力部位的螺栓固定，如發動機架等。

在使用過程中，由于種種因素，發生了錐面墊圈斷裂破壞的現象。由于錐面墊圈使用于重要受力部位的螺栓固定，錐面墊圈的斷裂破壞將嚴重影響飛機飛行安全，因而準確查找錐面墊圈斷裂破壞的原因十分重要。對錐面墊圈進行斷裂破壞原因分析時，通常采用工程分析或有限元分析進行錐面墊圈的應力分析。

工程分析主要是計算錐面墊圈在極限載荷下軸向應力、徑向應力和環向應力，從而得到錐面墊圈的工作應力，該方法優點是操作簡單，不需要借助計算機工具，可以迅速評估錐面墊圈的應力水平，缺點是計算得到的錐面墊圈工作應力是平均工作應力，無法準確得到錐面墊圈的應力分布狀態。有限元分析分為線性靜態分析和非線性分析兩種：非線性計算通過分別畫出錐面墊圈和所接觸結構的有限元網格并定義接觸進行，優點是計算精度高，缺點是計算時間長；線性靜態分析通過畫出錐面墊圈有限元網格并在錐面墊圈平面建立若干局部柱坐標系釋放徑向移動自動度，優點是計算精度高，與墊圈受力后的變形趨勢相符，缺點是需要根據有限元網格劃分情況建立許多局部坐標系，需要耗費大量時間，特別是有限元網格劃分越精細，需要建立的局部坐標系越多。如何借助有限元計算軟件，快速準確地得到錐面墊圈應力分布，成為了迫切需要解決的難題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明給出了一種錐面墊圈有限元分析方法，解決了工程分析無法準確得到錐面墊圈應力分布狀態與傳統有限元分析耗時過長的問題。

本發明提供了一種錐面墊圈有限元分析方法，已知錐面墊圈幾何模型，該錐面墊圈的上表面為凹面，下表面為平面，有一個分析坐標系，該分析坐標系有X、Y、Z三個互相垂直的主坐標軸，方案如下：

1)將錐面墊圈幾何模型的縱向中心軸與分析坐標系的Z軸平行；

2)過錐面墊圈幾何模型的縱向中心軸分別做平行于分析坐標系XOZ平面的第一平面與平行于分析坐標系YOZ平面的第二平面，用第一平面與第二平面將錐面墊圈幾何模型切割成四等份；

3)在切割后的錐面墊圈幾何模型上劃分有限元網格，拓撲類型選擇Hex8，合并重復有限元網格節點；

4)在錐面墊圈有限元網格的凹面施加載荷，在錐面墊圈有限元網格的平面位置約束該位置的有限元網格節點的Z向平動自由度；

5)在第一平面和錐面墊圈的平面交線上，選擇任一有限元網格節點，約束其X向和Y向平動自由度；

6)在第二平面和錐面墊圈的平面交線上，選擇任一有限元網格節點，約束其X向平動自由度；

7)賦予錐面墊圈的材料屬性并進行線性靜態分析，所得應力云圖即為錐面墊圈的應力云圖。

需要說明的是，所述錐面墊圈幾何模型由CATIA軟件畫出并導入到?MSC.PATRAN軟件中。

需要說明的是，上述各步驟在MSC.PATRAN有限元軟件中完成，步驟7)?的線性靜態分析通過MSC.NASTRAN有限元軟件完成。